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中国商业航天该如何?近千项专利为我们指引航

时间:2021-10-06 来源:视窗在线 浏览:

今年 2 月,天问一号抵达火星;5 月,搭载在天问一号着陆器上的祝融号火星车成功在火星上着陆。同样是 5 月,中国空间站天和核心舱完成在轨测试验证;6 月,航天员进入天和核心舱。经过 50 多年的发展和努力,中国已跻身于世界航天大国的行列。但在太空商业化的道路上,中国还有很长的一段路要走。

最近,俄罗斯的研究人员使用隐含狄利克雷分布(LDA)模型审查了大约 200 家参与新太空经济的(企业和机构)组织所持有的近千项专利,旨在全面了解该领域的技术趋势,并讨论进一步发展的潜在应用场景。
该论文以「Review of technology trends in new space missions using a patent analytics approach」为题发表在《Aerospace Sciences》杂志上。
 
由于航天工业取得了显着的发展,太空开发已经从仅由少数航天国家掌握的活动发展到活跃于全球 60 多个太空相关活动的国家,再到一项也由私人资本资助的活动商业市场。
 
「新太空(New Space)」就是用于描述太空活动商业化发展这一新阶段的术语。与空间站之类的传统航天任务不同,SpaceX 这类新太空公司有三个显著特征:明确的客户关注点、新产品开发方法和新商业模式。
论文的主要作者 Nicola Garzanit 补充道:「简而言之,主要区别在于新太空组织如何开发他们的产品以及他们如何开展业务。新太空组织倾向于采用已有软件平台等创新开发流程,具有冒险精神,并专注于利润。这使得他们能够缩短上市时间并降低进入太空业务的成本。」
航天工业正在经历范式转变,需要对其进行全面分析和理解,以指导该领域的未来工作。因此,研究人员决定绘制新太空地图来分析这种范式转变。
他们使用隐含狄利克雷分布(LDA)模型来分析专利数据和全球知识产权格局。LDA 是一种用于自然语言处理的生成统计模型,该模型「读取」并识别专利数据中的单词模式,从而允许连接表现出相似模式的文档。
分析显示,新太空产业主要集中在十大主题:遥感与图像采集、飞行/发射系统、电信系统、(卫星)星座管理、数字处理架构、图像分析、制造工艺与材料 、特征识别与提取、天线系统和太空平台。
 
其中,飞行/发射系统、太空平台和制造工艺与材料构成了所有太空计划的支柱。平台和发射服务的性能和成本效率的提高使得卫星星座的发展成为可能,卫星星座又促进了下游服务的开发,例如电信系统。
与电信一样,地球观测(EO)是新太空生态中最大的业务。EO 行业不断发展,在上游(数据采集)和下游(数据处理)部分无缝集成新技术、传感模式和数据源。据统计,62% 的专利与数据相关的产品和服务有关,使得数据成为新太空生态中最有价值的资产。
 
从时间角度来看,各大主题的专利总数从 2007 年开始呈指数级增长,总体年均增长率为40%。
 
从地域上看,截止到 2019 年,有 180 家(55%)初创太空公司总部设在美国,31 家总部设在中国,约 10%。剩下的,英国 24 家、加拿大 10 家、日本 8 家、印度 8 家、新加坡 7 家和以色列 7 家。
 
最后,研究人员总结:系统小型化、商业现成组件的广泛使用、减少系统冗余,以及更具有商业效率的解决方案可在太空商业化中大大减少开发的成本和时间。

中国航天商业化

在「十四五」规划中,商业航天发射中心被列入国家项目清单。计划投资人民币 200 亿元(约合 30.6 亿美元)在浙江省宁波市象山县建设国际商业航天发射中心,该中心预计每年将发射多达 100 枚火箭,旨在满足中国日益增长的商业发射需求。
从 2014 年年底开放给民营资本后,初创公司 Landspace、iSpace、OneSpace 和 Galactic Energy 都尝试过轨道发射,Expace 和从中国航天科技集团(CASC)分拆出来的中国火箭也都发射了火箭。
目前中国航天商业化方面分为两个梯队,一是以中国长征火箭为代表的航天科技集团,这属于国家队,仍以发展原有的火箭项目为主;二是星际荣耀、星河动力为代表的十余家民营火箭企业,但他们大多先研发固体火箭、液体火箭,瞄准的是卫星市场。
未来几年,中国航天技术的大突破几乎肯定也会来自国家队。CASC 和中国航天科工集团公司拥有数十年的经验、可靠的国家资金、数千名人员、数十个实验室和子公司以及一套成熟的高科技产品和服务。
那么,民营梯队是否有它们独特的竞争优势呢?自然是有的。
 
「十四五」规划纲要和 2035 年远景目标还包括超重型和可重复使用运载火箭北斗系统产业化
相关文献表明,发射系统的可重用性在降低直接成本和降低发射价格方面起着重要作用。下一代运载火箭应是完全可重复使用的,拥有受控的助推器和上级回收,以最大限度地提高可重复使用技术的经济效益。另外,增材制造和材料方面的进展也将有助于提高发射的成本效益。
民营航天企业大可利用已有或将要有的技术,学习低成本、高密度的火箭发射能力,聚焦于创新的解决方案,研制出更有想象力和更有创造力的产品。
 
北斗系统则有两大主要应用领域:全球宽带覆盖和低延迟数据通信的电信;用于高分辨率全球范围覆盖和近实时测量的遥感
电信技术的进步是卫星星座发展的关键,尤其是卫星间链路(ISL)的发展。在这种情况下,小型化的自由空间光通信系统似乎是最有前途的技术之一。
而地球观测行业的未来不仅取决于获取和分发数据,还取决于提供数据分析。传感器获取的数据量增加以及数据间相当大的异质性,给遥感数据处理带来了额外的挑战。但与此同时,数据可用性的增加开启了同时利用多时态和多源数据集的可能性,从而提高了价值,也十分具有可发展的前景。
尽管中国航天中心及其子公司仍将会是中国航天工业前进的主导力量,但私营企业或许也可以从商业航天中分得一块蛋糕。由于 CASC 专注于大型项目,随着越来越多的中国商业航天公司达到技术成熟,我们很可能会看到这些公司在可能的情况下积极开拓市场。
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